CN108593041A - 一种基于ub算法的智能液位测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于UB算法的智能液位测量装置及方法，所述装置包括：吹气模块，包括多路吹气装置，用于在气体流量控制模块的控制下向液体存放装置中的液体的不同位置吹气；信息采集设备，用于当气泡从液体中均匀冒出时，采集各路吹气装置内的传感数据；气体流量控制模块，用于在嵌入式处理模块的控制下控制所述吹气模块的各路吹气装置的吹气量大小；嵌入式处理模块，用于产生对所述气体流量控制模块的控制指令，并采用UB算法管理内存，将各路采集到的传感数据进行处理，通过计算得出液位测量数据，通过本发明，可实现一种体积精小、数据处理速度较快、准确度等级高且具有显示及远程调节流量功能的液位测量装置。

Description

一种基于UB算法的智能液位测量装置及方法

技术领域

本发明涉及液位测量技术领域，特别是涉及一种基于UB（(Usage Behavior，用户行为)算法的智能液位测量装置及方法。

背景技术

随着测量技术的不断发展进步，非接触式测量技术的重要性愈发突显，而非接触式测量技术中，吹气法测量液位方法则为最常用的液位测量方式之一。

现在市面上采用吹气法测量液位的装置中，吹气装置主要是由减压阀+稳流阀+浮子流量计+电容式压力变送器的组合结构，这种装置存在如下缺点：在结构上零部件较多，组装工作量较大，由于变送器装配在箱体外边，整机外形体积大，并且非智能，且不带显示功能和不能远程操控流量功能；此外现有装置功能较为单一，且系统内存分配不够合理，数据处理的速率较低，最终结果准确等级也不高。

发明内容

为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种基于UB算法的智能液位测量装置及方法，以提供一种体积精小、数据处理速度较快、准确度等级高且具有显示及远程调节流量功能的液位测量装置，以大大减轻现场操作工人的工作量。

为达上述及其它目的，本发明提出一种基于UB算法的智能液位测量装置，包括：

吹气模块，包括多路吹气装置，用于在气体流量控制模块的控制下向液体存放装置中的液体的不同位置吹气；

信息采集设备，用于当气泡从液体中均匀冒出时，采集各路吹气装置内的传感数据，并将采集获得的数据发送至嵌入式处理模块；

气体流量控制模块，包括多路气体流量控制单元，用于在嵌入式处理模块的控制下控制所述吹气模块的各路吹气装置的吹气量大小；

嵌入式处理模块，用于产生对所述气体流量控制模块的控制指令，并采用UB算法管理内存，将各路采集到的传感数据进行处理，通过相应计算得出液位测量数据。

优选地，所述嵌入式处理模块进一步包括：

控制指令产生单元，用于产生控制各路气体流量控制单元气阀门开合程度的控制指令；

传感数据获取单元，用于获取所述信息采集设备采集的各路吹气装置内的传感数据；

内存管理单元，用于采用UB算法对模块的内存区进行内存管理；

传感数据计算单元，在所述内存管理单元的内存管理下根据所述传感数据获取单元获取的传感数据计算，再通过液体压强计算公式的转换等相关计算得出液体相应位置的温度、压力、密度以及液位的具体数值。

优选地，所述内存管理单元的内存管理机制为：由每个应用模块向操作系统申请一块自己的模块内存区，所述内存管理单元将该内存区划分为若干内存池，每个内存池包括多个内存块，在每个内存池中，用循环队列进行管理，队列中的每个内存块都有对应的内存头指针。

优选地，在同一个内存区内，相同内存池里的内存块大小相同，不同内存池的内存块大小不相同。

优选地，所述内存管理单元为各应用模块提供在相应内存区中申请内存块、释放内存块以及查询内存块状态的功能。

优选地，所述智能液位测量装置还包括显示模块，用于实时显示所述嵌入式处理模块处理后的数据信息。

优选地，所述智能测量液位装置还包括报警模块，用于当采集到液体相应位置的温度、密度、液位超过警戒线或在短时间内发生异常变化时产生报警信号。

优选地，所述智能测量液位装置还包括通信模块，用于与终端进行通信。

优选地，所述智能液位测量装置还包括按键模块，用于接收用户的按键指令，所述嵌入式处理模块根据用户的按键指令产生对所述气体流量控制模块各路气体流量控制单元的控制指令或确定相应的报警模式。

为达到上述目的，本发明还提供一种基于UB算法的智能液位测量方法，包括如下步骤：

步骤一，嵌入式处理模块产生控制气体流量控制模块的各路气体流量控制单元控制指令以控制吹气模块的各路吹气装置的吹气量大小；

步骤二，当气泡从液体中均匀冒出时，采用信息采集设备采集各路吹气装置内的传感数据；

步骤三，所述嵌入式处理模块采用UB算法管理内存，对各路采集到的传感数据进行处理，再通过液体压强计算公式的转换等相关计算得出液体相应位置的温度、压力、密度以及液位的具体数值。

与现有技术相比，本发明一种基于UB算法的智能液位测量装置及方法通过采用气体流量控制器以及能够合理管理系统内存的UB算法，实现了一种体积精小、数据处理速度较快、准确度等级高且具有显示及远程调节流量功能的液位测量装置，可以大大减轻现场操作工人的工作量，本发明能够连续、实时、长时间显示液体相应位置的温度、压力、密度和液位等信息，具有体积小，功耗低，准确度高等特点，适用于安全或具有危害性等液体的测量。。

附图说明

图1为本发明一种基于UB算法的智能液位测量装置的系统架构示意图；

图2为本发明具体实施例中基于UB算法的智能测量液位装置的吹气示意图；

图3为本发明具体实施例中信息采集设备的结构示意图；

图4为本发明具体实施例中嵌入式处理模块的内部结构示意图；

图5为本发明具体实施例中嵌入式芯片的硬件结构示意图；

图6为本发明具体实施例中内存管理单元采用UB算法管理内存的示意图

图7为本发明一种基于UB算法的智能液位测量方法的步骤流程图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。

图1为本发明一种基于UB算法的智能液位测量装置的系统架构示意图。如图1所示，本发明一种基于UB算法的智能液位测量装置，包括：

吹气模块2，包括多路吹气装置，用于在气体流量控制模块3的控制下向液体存放装置1（如图2）中的液体的不同位置吹气，在本发明具体实施例中，各路吹气装置采用吹气管实现。

信息采集设备4，用于当气泡从液体中均匀冒出时，采用多路传感器采集各路吹气装置内的传感数据，并将采集获得的数据发送至嵌入式处理模块6。在本发明具体实施例中，当气泡从液体中均匀冒出时，信息采集设备4利用多个压力传感器以及温度传感器采集各路吹气管内的压力和温度，并将采集的数据发送至嵌入式处理模块6。

气体流量控制模块3，包括多路气体流量控制单元，优选地，在本发明具体实施例中各气体流量控制单元采用MFC（Mass Flow Controller，气体流量控制器 ），用于在嵌入式处理模块6的指令控制下控制吹气模块2的各路吹气装置的吹气量大小。在本发明具体实施例中，气体流量控制模块3通过各路气体流量控制器的吹气阀门控制各路吹气装置的吹气量大小，也就是说，气体流控制模块3根据指令调节控制各路吹气阀门的开合程度，以此来增大或减少各路吹气装置的吹气量，使液体存放装置1中的气泡在液体中均匀上升。优选地，本发明之智能液位测量装置还可以包括按键模块5，用于接收用户的按键指令，由嵌入式理模块6根据用户的按键指令产生对气体流量控制模块3各路气体流量控制器的控制指令。

嵌入式处理模块6，用于产生对气体流量控制模块3的控制指令，并采用UB算法管理内存，将各路采集到的传感数据进行处理，再通过液体压强计算公式的转换等相关计算得出液体相应位置的温度、压力、密度以及液位的具体数值。本发明于嵌入式处理模块6的模块内存区采用UB算法，使得合理管理内存，增加运行速率，提高运算准确性。

优选地，本发明之基于UB算法的智能测量液位装置还包括显示模块8，用于实时显示嵌入式处理模块处理后的数据信息。在本发明具体实施例中，显示模块8可采用液晶显示屏。

优选地，本发明之基于UB算法的智能测量液位装置还包括报警模块7，用于当采集到液体相应位置的温度、密度、液位超过警戒线或在短时间内发生异常变化时产生报警信号。在本发明具体实施例中，报警模块7可采用语音报警方式，即当采集到液体相应位置的温度、密度、液位超过警戒线或在短时间内发生异常变化时发出语音提示。优选地，在本发明具体实施例中，用户还可通过按键模块5可以根据需要选择不同的报警模式，本发明不以此为限。

优选地，本发明之基于UB算法的智能测量液位装置还包括通信模块9，用于与终端进行通信，例如将报警信息或处理得到的数据信息发送至用户的移动终端10，在本发明具体实施例中，所述通信模块9可采用GSM模块、GPRS模块或CDMA模块等，本发明不以此为限。

图2为本发明具体实施例中基于UB算法的智能测量液位装置的吹气示意图。在本发明具体实施例中，吹气模块2包括三路吹气装置，即第一路吹气管21、第二路吹气管22、第三路吹气管23，各路吹气管在气体流量控制模块3的控制下向液体存放装置1液体的不同位置吹气，气体流量控制模块3包含第一路MFC31、第二路MFC32、第三路MFC33，也就是说，当吹气模块2开始吹气时，嵌入式处理模块6通过嵌入式处理芯片61实现，其通过产生控制各路MFC的吹气阀门的开合程度的信号，以此来增大或减少各路的吹气量。

图3为本发明具体实施例中信息采集设备的结构示意图。在本发明具体实施例中，该信息采集设备4包括第一路压力传感器411，第一路温度传感器412，第二路压力传感器421，第二路温度传感器422，第三路压力传感器431，第三路温度传感器432以及信息调理电路44，具体地，将所述第一路压力传感器411和第一路温度传感器412放置在第一路吹气管分支41中，第二路压力传感器421和第二路温度传感器422放置在第二路吹气管分支42中，第三路压力传感器431和第三路温度传感器432放置在第三路吹气管分支43中，以分别采集对应支路的压力和温度数据，各传感器采集的信号经过信号调理电路44处理后，再将相应信息送至嵌入式处理模块6进行相应计算以实现各自的目的。

图4为本发明具体实施例中嵌入式处理模块的内部结构示意图。具体地，该嵌入式处理模块进一步包括传感数据获取单元601、传感数据计算单元602、内存管理单元603以及控制指令产生单元604，其中，控制指令产生单元604用于产生控制各路MFC吹气阀门开合程度的控制指令，在本发明具体实施例中，控制指令产生单元604用于根据按键模块5的按键操作产生相应的控制指令；传感数据获取单元601用于获取信息采集设备采集的各路吹气装置内的传感数据，在本发明具体实施例中，所述传感数据至少包括压力数据和温度数据；内存管理单元603用于采用UB算法对模块内存区进行内存管理；传感数据计算单元602在内存管理单元603的内存管理下根据传感数据获取单元601获取的传感数据计算得出液体相应位置的温度、压力、密度以及液位的具体数值等。

在本发明具体实施例中，嵌入式处理模块6采用嵌入式芯片实现，如图5所示，该嵌入式处理模块6包括嵌入式处理芯片61（例如MSP430嵌入式处理芯片）、RTC模块611、串口模块612、存储器613、I/O端口614以及JTAG（Joint Test Action Group，联合测试工作组）电路615，其中，嵌入式处理芯片61通过串口模块612来实现对多路气体流量控制器的通信，由I/O端口614来采集传感器数据以及对模块进行供电，采用UB算法管理内存，将各路采集到的传感数据进行处理，通过计算得出液体相应位置的温度、压力、密度以及液位的具体数值。

图6为本发明具体实施例中内存管理单元采用UB算法管理内存的示意图。在本发明具体实施例中，所管理的内存包括内存区62，内存池621，内存头指针622，内存头指针数组623，内存块624，这种管理是基于内存块624，也就是固定大小的用户缓冲块来实现的。内存管理单元利用实时操作系统的malloc/free功能划分出一块内存空间称为内存区62，对内存区62的管理采用固定大小内存管理机制。它的具体实现步骤如下：每个应用模块（即信息采集设备的各传感器模块）向操作系统申请一块自己的模块内存区62，内存管理单元将该内存区62划分为若干内存池621,在每个内存池621中，用循环队列进行管理，队列中的每个内存块都有对应的内存头指针622。

也就是说，模块内存区划分为多个内存区62，每个内存区由多个内存池621组成，每个内存池621包含多个内存块624。现在每个模块都对应一个内存区62，在同一个内存区内62，相同内存池621里的内存块624大小相同；不同内存池621的内存块624大小不相同，内存62个数、内存池621个数、内存池621中内存块624的大小以及内存块624的数目都是可配置，内存管理单元为应用模块提供了在相应内存区62中申请内存块624、释放内存块624、查询内存块624状态等功能，采用此种方法能够更加合理的管理内存，使模块之间有较高的独立性，增加运行速率，提高运算准确性。

以下将配合图1-图6说明本发明之智能液位测量装置的工作流程：首先嵌入式处理模块6打开各路气体流量控制器3的阀门，再通过各路吹气管向液体的不同位置吹气，同时通过按键模块5不断调节气体流量控制器3阀门的开合程度，直到气泡在液体中均匀上升，此时由信息采集设备4采集各路的温度和压力数据通过串口传送至嵌入式处理模块6，经过嵌入式处理模块6对相应数据的计算处理，并在系统中融入UB算法，以快速高效得到液体相应位置实时对应的温度、压力、密度和液位的大小，此种测量方式可同时适用于敞口和密封装置，接下来，嵌入式理模块6一方面把处理后数据实时的显示在显示模块8的液晶显示屏上，另一方面对检测到的数据进行检测判断，当采集到液体相应位置的温度、密度、液位超过警戒线或在短时间内发生异常变化时，报警模块7的语音报警装置将发出语音提示，同时通过通信模块9的GSM模块，将报警信息发送至用户的移动终端10 上。此外，本发明还可以通过按键模块5根据需要选择不同的报警模式。

图7为本发明一种基于UB算法的智能液位测量方法的步骤流程图。如图7所示，本发明一种基于UB算法的智能液位测量方法，包括如下步骤：

步骤S1，嵌入式处理模块产生控制气体流量控制模块的各路气体流量控制单元控制指令以控制吹气模块的各路吹气装置的吹气量大小，使气泡在液体存放装置的液体中均匀上升，所述各路吹气装置用于向液体存放装置中的液体的不同位置吹气。

步骤S2，于气泡从液体中均匀冒出时，采用信息采集设备采集各路吹气装置内的传感数据。在本发明具体实施例中，所述信息采集设备采用多路传感器采集各路吹气装置内的传感数据。

步骤S3，嵌入式处理模块采用UB算法管理内存，对各路采集到的传感数据进行处理，通过计算得出液体相应位置的温度、压力、密度以及液位的具体数值。本发明通过对嵌入式处理模块的模块内存区采用UB算法，使得合理管理内存，增加运行速率，提高运算准确性。具体地，嵌入式处理模块采用UB算法管理内存的具体实现步骤如下：由每个应用模块（即信息采集设备的各传感器模块）向操作系统申请一块自己的模块内存区62，将该内存区62划分为若干内存池621, 每个内存池621包含多个内存块624，在每个内存池621中，用循环队列进行管理，队列中的每个内存块都有对应的内存头指针622，为每个应用模块提供在相应内存区62中申请内存块624、释放内存块624、查询内存块624状态等功能。

优选地，本发明之基于UB算法的智能液位测量方法还包括：

将嵌入式处理模块处理后的数据信息予以实时显示。在本发明具体实施例中，可利用液晶显示屏将嵌入式处理模块处理后的数据信息予以实时显示。

优选地，本发明之基于UB算法的智能测量液位方法还包括：

于采集到液体相应位置的温度、密度、液位超过警戒线或在短时间内发生异常变化时产生报警信号。在本发明具体实施例中，可以采用语音报警方式，即当采集到液体相应位置的温度、密度、液位超过警戒线或在短时间内发生异常变化时发出语音提示。

优选地，本发明之基于UB算法的智能测量液位方法还包括：

将报警信息或处理得到的数据信息发送至与其通信的终端，例如用户的移动终端。

综上所述，本发明一种基于UB算法的智能液位测量装置及方法通过采用气体流量控制器MFC以及能够合理管理系统内存的UB算法，实现了一种体积精小、数据处理速度较快、准确度等级高且具有显示及远程调节流量功能的液位测量装置，可以大大减轻现场操作工人的工作量，本发明能够连续、实时、长时间显示液体相应位置的温度、压力、密度和液位等信息，具有体积小，功耗低，准确度高等特点，适用于安全或具有危害性等液体的测量。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1.本发明采用了气体流量控制器MFC，通过嵌入式处理模块发送指令可以实时控制气体流量的大小，本发明不仅体积精小、操作便捷，而且具有精度高、可远程控制等特点。

2.本发明在同一液体中同时采集多路数据，通过嵌入式处理模块对数据的处理，可以得到液体相应位置实时对应的温度、压力、密度和液位的大小，同时适用于敞口和密封装置。

3.本发明在嵌入式处理模块中加入了UB算法，通过融合该算法后该嵌入式处理模块可以更加合理管理内存，增加运行速率，提高运算准确性。

4.本发明在嵌入式处理终端设置了液晶屏显示装置，不仅可以实时显示出液体相应位置的温度、压力、密度和液位的大小。并且在显示菜单中还附带气体流量阀门打开程度的选项，通过按键模块的选取可实时控制气体流量的大小。

5.本发明设置了报警装置，当采集到温度、液位数据超出了规定的范围时，嵌入式处理模块终端将发出警报提示，并且通过GSM模块将警报信息发送至移动终端上。

6.本发明设置了独立的按键模块，一方面可以停止报警提示，并可按需求选取报警模式。另一方面通过按键模块可选取气体流量阀门的打开程度，远程实时控制气体流量的大小。

7.本发明在整体结构上零部件少，组装工作量小，不仅大大减轻了现场操作工人的工作量，而且体积精小，准确度等级高，具有很好的市场前景和经济效益。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (10)

1.一种基于UB算法的智能液位测量装置，包括：

吹气模块，包括多路吹气装置，用于在气体流量控制模块的控制下向液体存放装置中的液体的不同位置吹气；

信息采集设备，用于当气泡从液体中均匀冒出时，采集各路吹气装置内的传感数据，并将采集获得的数据发送至嵌入式处理模块；

气体流量控制模块，包括多路气体流量控制单元，用于在嵌入式处理模块的控制下控制所述吹气模块的各路吹气装置的吹气量大小；

嵌入式处理模块，用于产生对所述气体流量控制模块的控制指令，并采用UB算法管理内存，将各路采集到的传感数据进行处理，通过相应计算得出液位测量数据。

2.如权利要求1所述的一种基于UB算法的智能液位测量装置，其特征在于，所述嵌入式处理模块进一步包括：

控制指令产生单元，用于产生控制各路气体流量控制单元吹气阀门开合程度的控制指令；

传感数据获取单元，用于获取所述信息采集设备采集的各路吹气装置内的传感数据；

内存管理单元，用于采用UB算法对模块的内存区进行内存管理；

传感数据计算单元，在所述内存管理单元的内存管理下根据所述传感数据获取单元获取的传感数据，再计算得出液体相应位置的温度、压力、密度以及液位的具体数值。

3.如权利要求2所述的一种基于UB算法的智能液位测量装置，其特征在于，所述内存管理单元的内存管理机制为：由每个应用模块向操作系统申请一块自己的模块内存区，所述内存管理单元将该内存区划分为若干内存池，每个内存池包括多个内存块，在每个内存池中，用循环队列进行管理，队列中的每个内存块都有对应的内存头指针。

4.如权利要求3所述的一种基于UB算法的智能液位测量装置，其特征在于：在同一个内存区内，相同内存池里的内存块大小相同，不同内存池的内存块大小不相同。

5.如权利要求4所述的一种基于UB算法的智能液位测量装置，其特征在于：所述内存管理单元为各应用模块提供在相应内存区中申请内存块、释放内存块以及查询内存块状态的功能。

6.如权利要求1所述的一种基于UB算法的智能液位测量装置，其特征在于：所述智能液位测量装置还包括显示模块，用于实时显示所述嵌入式处理模块处理后的数据信息。

7.如权利要求1所述的一种基于UB算法的智能液位测量装置，其特征在于：所述智能测量液位装置还包括报警模块，用于当采集到液体相应位置的温度、密度、液位超过警戒线或在短时间内发生异常变化时产生报警信号。

8.如权利要求1所述的一种基于UB算法的智能液位测量装置，其特征在于：所述智能测量液位装置还包括通信模块，用于与终端进行通信。

9.如权利要求1所述的一种基于UB算法的智能液位测量装置，其特征在于：所述智能液位测量装置还包括按键模块，用于接收用户的按键指令，所述嵌入式处理模块根据用户的按键指令产生对所述气体流量控制模块各路气体流量控制单元的控制指令或确定相应的报警模式。

10.一种基于UB算法的智能液位测量方法，包括如下步骤：

步骤一，嵌入式处理模块产生控制气体流量控制模块的各路气体流量控制单元控制指令以控制吹气模块的各路吹气装置的吹气量大小；

步骤二，当气泡从液体中均匀冒出时，采用信息采集设备采集各路吹气装置内的传感数据；

步骤三，所述嵌入式处理模块采用UB算法管理内存，对各路采集到的传感数据进行处理，再计算得出液体相应位置的温度、压力、密度以及液位的具体数值。